JP5544962B2 - Magnetic flux leakage flaw detection method and magnetic flux leakage inspection device - Google Patents
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Description
本発明は、複数の磁気センサによって漏洩磁束を検出することにより強磁性体材料中の欠陥を検査する漏洩磁束探傷方法及び漏洩磁束探傷装置に関するものである。 The present invention relates to a leakage magnetic flux flaw detection method and a leakage magnetic flux flaw detection apparatus for inspecting a defect in a ferromagnetic material by detecting leakage magnetic flux by a plurality of magnetic sensors.
一般に、表面や表層に微細な形状変化や異物等の欠陥が存在する強磁性体材料に対して外部から磁界をかけると、欠陥部位から磁束が漏洩する。以下、本明細書中では、欠陥部位から漏洩する磁束を漏洩磁束と表記する。そこで、従来より、強磁性体被検体に対して磁界をかけ、漏洩磁束に基づいて強磁性体被検体の表面や表層に欠陥が存在するか否かを検査する漏洩磁束探傷法が提案されている。 In general, when a magnetic field is applied from the outside to a ferromagnetic material having a minute shape change or a defect such as a foreign substance on the surface or surface layer, the magnetic flux leaks from the defective portion. Hereinafter, in this specification, the magnetic flux leaking from the defective part is referred to as leakage magnetic flux. Therefore, a leakage magnetic flux flaw detection method has been proposed in which a magnetic field is applied to a ferromagnetic object and whether or not there is a defect on the surface or surface layer of the ferromagnetic object based on the leakage magnetic flux has been proposed. Yes.
この漏洩磁束探傷方法は、同様の原理に基づいて磁粉を散布することによって欠陥の有無を検査する磁粉探傷方法と比較して、検出結果が電気信号によって得られる点、磁粉を散布する等の微妙な調整が必要で煩雑な作業がない点等の利点を有することから、自動化に適している。このため、特に鉄鋼業においては、操業ラインにおいて非金属介在物等の欠陥を自動的に検出するシステムに対して漏洩磁束探傷法が利用されている。 Compared with the magnetic particle flaw detection method in which the presence or absence of defects is inspected by spraying magnetic powder based on the same principle, this leakage magnetic flux flaw detection method is subtle in that detection results are obtained by electric signals, magnetic powder is sprayed, etc. It is suitable for automation because it has the advantages of requiring easy adjustment and no complicated work. For this reason, particularly in the steel industry, a leakage magnetic flux inspection method is used for a system that automatically detects defects such as non-metallic inclusions in an operation line.
漏洩磁束探傷法を利用して欠陥を自動的に検出するシステムとしては、特許文献１や特許文献２に開示されているものがある。特許文献１記載のシステムは、金属帯の走行方向（圧延方向）に磁界をかけて被検体を飽和レベルまで磁化（以下、走行方向磁化と表記）し、金属帯の走行方向に直交する方向に１列に配列された複数の磁気感応素子によって漏洩磁束を検出することにより、欠陥の有無を検査する。一方、特許文献２記載のシステムは、金属帯の走行方向に直交する方向に磁界をかけて金属帯を飽和レベルまで磁化（以下、幅方向磁化と表記）し、金属帯の走行方向に直交する方向に１列に配列された複数の磁気感応素子によって漏洩磁束を検出することにより、欠陥の有無を検査する。 As systems for automatically detecting defects using a leakage magnetic flux flaw detection method, there are those disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2. In the system described in Patent Document 1, a magnetic field is applied to the traveling direction (rolling direction) of the metal band to magnetize the subject to a saturation level (hereinafter referred to as traveling direction magnetization), and in a direction orthogonal to the traveling direction of the metal band. The presence or absence of a defect is inspected by detecting the leakage magnetic flux by a plurality of magnetic sensitive elements arranged in a row. On the other hand, the system described in Patent Document 2 magnetizes a metal band to a saturation level by applying a magnetic field in a direction orthogonal to the traveling direction of the metal band (hereinafter referred to as width direction magnetization), and is orthogonal to the traveling direction of the metal band. The presence or absence of a defect is inspected by detecting the leakage magnetic flux by a plurality of magnetic sensitive elements arranged in a line in the direction.
一般に、金属帯中に存在する欠陥は、走行方向に長いものが多い。一方、漏洩磁束探傷方法では、欠陥の長さ方向と金属帯にかける磁界の向きとが直交する場合に最も高い感度が得られる。このため、検出原理的な観点からは金属帯の磁化方向は幅方向磁化が優れていると考えられる。 In general, many defects present in a metal strip are long in the traveling direction. On the other hand, in the leakage magnetic flux flaw detection method, the highest sensitivity can be obtained when the length direction of the defect and the direction of the magnetic field applied to the metal band are orthogonal. For this reason, from the viewpoint of detection principle, it is considered that the magnetization direction of the metal band is excellent in the width direction magnetization.
ところで、金属帯の磁化方向が走行方向磁化である場合、図６に示すように、矢印Ｄ方向に走行する金属帯１００の表面に対して垂直な方向の磁場にのみ感度を有する磁気センサ１０１を直流磁化器１０２のヨーク１０２ａ間のほぼ中心位置に配置した際、欠陥が存在しないときの磁束（以下、浮遊磁束と表記）Ｂ１〜Ｂ３はほぼ磁化方向である水平成分のみとなるために、磁気センサ１０１では磁場は検出されない。このため、金属帯１００の走行に伴い発生する振動によって金属帯１００と磁気センサ１０１との間の距離が変動する、若しくは、直流磁化器１０２が発生する磁界が変化する等して磁気センサ１０１の配置位置における水平方向の磁束密度が変動しても、垂直方向の磁束密度はほとんどゼロであるので、その影響は非常に小さい。なお、磁気センサを複数利用する場合には、複数の磁気センサの配列方向は図６に示す紙面に対し垂直方向になるので、いずれの磁気センサも同様の条件になる。
By the way, when the magnetization direction of the metal band is the traveling direction magnetization, as shown in FIG. 6, the
ところが、金属帯の磁化方向が幅方向磁化である場合には、図７に示すように直流磁化器１０２のヨーク１０２ａ間に磁気センサ１０１を複数配置する際には、磁気センサ１０１の配置位置によって浮遊磁束の向きが異なる。このとき、磁気センサとして、測定可能な最大磁束密度が十分大きいホール素子等のセンサを用い、またセンサ出力信号の直流成分をフィルタリングする電子回路を構成することによって、浮遊磁束が磁気センサの感磁方向に無視できないレベルの成分を持っていても、浮遊磁束のレベルや向きが変化しなければ問題は生じない。しかしながら、磁気センサのある位置での磁束密度の強度や向きが変化した場合には、それがノイズ信号となり欠陥によって生じる漏洩磁束信号に重畳される。
However, when the magnetization direction of the metal band is the width direction magnetization, when a plurality of
具体的には、図７に示す磁気センサ１０１ａの出力信号は、磁化電流の増加に応じて上向きの浮遊磁束成分が増加するために、図８（ａ），（ｂ）に示すように磁化電流の増加に応じて増加する。図７に示す磁気センサ１０１ｂの出力信号は、磁気センサ１０１ｂの配置位置における浮遊磁束の垂直成分が小さいために、図８（ａ），（ｃ）に示すように磁化電流が増加してもほとんど変化しない。図７に示す磁気センサ１０１ｃの出力信号は、磁化電流の増加に応じて下向きの浮遊磁束成分が増加するために、図８（ａ），（ｄ）に示すように磁化電流の増加に応じて減少する。なお、磁気センサの出力信号の波形は、使用するフィルタの時定数等によって変化する。図８及び後述する図９，１０に示す磁気センサの出力信号の波形は、フィルタによって低周波数の直流成分を除去した場合を想定している。
Specifically, the output signal of the
また、金属帯と直流磁化器との間の距離が一定に保たれ、図９（ａ）に示すように磁気センサのリフトオフのみが小さくなった場合には、図７に示す磁気センサ１０１ａの出力信号は、浮遊磁界の上向き成分が増加するために、図９（ｂ）に示すように増加する。図７に示す磁気センサ１０１ｂの出力信号は、磁気センサ１０１ｂの配置位置における浮遊磁束の垂直成分が小さいために、図９（ｃ）に示すようにほとんど変化しない。図７に示す磁気センサ１０１ｃの出力信号は、磁化電流の増加に応じて下向きの浮遊磁束成分が増加するために、図９（ｄ）に示すように減少する。
When the distance between the metal band and the DC magnetizer is kept constant and only the lift-off of the magnetic sensor becomes small as shown in FIG. 9A, the output of the
また、図１０（ａ）に示すようにリフトオフが振動的に変動した場合には、図１０（ｂ）〜（ｄ）に示すように、磁気センサ１０１ａ及び磁気センサ１０１ｃの出力信号にはリフトオフの変動周波数と同様の周波数でノイズ信号が発生する。なお、ここでは、直流磁化器１０２のヨーク１０２ａ間に磁気センサ１０１を３つ配置した場合を例として説明したが、配置する磁気センサの数に関係なく、直流磁化器のヨーク間の中心位置からの距離によって程度は異なるものの同様の現象が生じることは、上記の説明から理解できるであろう。
Further, when the lift-off fluctuates as shown in FIG. 10 (a), the lift-off signal is output to the output signals of the
一方、一般に、ノイズ信号は図１０（ａ）に示すように振動的に発生することが多く、ノイズ信号の周波数と欠陥からの漏洩磁束信号の周波数との間にどのような関係があるかは欠陥の検出能を議論する場合には重要になる。ここで、ノイズ信号の周波数と欠陥からの漏洩磁束信号の周波数との間の関係がどのようになるかを以下に説明する。 On the other hand, in general, a noise signal is often generated in a vibrating manner as shown in FIG. 10A, and what is the relationship between the frequency of the noise signal and the frequency of the leakage magnetic flux signal from the defect? This is important when discussing defect detectability. Here, the relationship between the frequency of the noise signal and the frequency of the leakage magnetic flux signal from the defect will be described below.
ノイズ信号の周波数、その発生源によって異なる。例えば、磁気センサ、直流磁化器、及び金属帯の３者のうち、少なくとも２者の距離が機械的に振動することによって磁気センサが測定する浮遊磁束が変動する場合、その機械的振動の周波数がノイズ信号の周波数となる。一般に、この周波数は、磁気センサ、磁化器、及び金属帯を支持する機械的構造が有する固有振動数になる。振動の振幅は金属帯の走行速度や周辺の振動を発生する機械の稼働状況によって決まるが、周波数に関してはある範囲に限定される。また、直流磁化器として電磁石を利用する場合には、原理的には、磁化電流の変動が浮遊磁界の変動に直結する。この場合、磁化電流の変動周波数がほぼノイズ信号の周波数となる。 It depends on the frequency of the noise signal and its source. For example, when the stray magnetic flux measured by the magnetic sensor varies due to mechanical vibration of the distance between at least two of the magnetic sensor, the DC magnetizer, and the metal band, the frequency of the mechanical vibration is This is the frequency of the noise signal. In general, this frequency is the natural frequency of the magnetic sensor, the magnetizer, and the mechanical structure that supports the metal strip. The amplitude of the vibration is determined by the traveling speed of the metal band and the operating state of the machine that generates the surrounding vibration, but the frequency is limited to a certain range. Further, when an electromagnet is used as a DC magnetizer, in principle, fluctuations in the magnetizing current are directly linked to fluctuations in the stray magnetic field. In this case, the fluctuation frequency of the magnetizing current is approximately the frequency of the noise signal.
一方、欠陥からの漏洩磁束信号の周波数は、主に次の２つの因子によって決まる。第１の因子は、欠陥の深さ、大きさ、及び形状と磁気センサの位置とによって決まる、磁気センサの配置位置における欠陥によって生じる漏洩磁束の空間的な広がりである。漏洩磁束に空間的な広がりがある場合、金属帯の走行によって金属帯と磁気センサとの相対的位置関係が変化するに従って、磁気センサが測定する漏洩磁束の位置が変化する。このため、磁気センサの出力は、漏洩磁束の空間的な広がりに応じて変化する。磁気センサの出力変化が時間軸上でどうなるか（周波数としてはどうなるか）は、第２の因子である金属帯の走行速度を考慮する必要がある。 On the other hand, the frequency of the leakage magnetic flux signal from the defect is mainly determined by the following two factors. The first factor is the spatial spread of the leakage magnetic flux caused by the defect at the position where the magnetic sensor is arranged, which is determined by the depth, size and shape of the defect and the position of the magnetic sensor. When the leakage magnetic flux has a spatial spread, the position of the leakage magnetic flux measured by the magnetic sensor changes as the relative positional relationship between the metal belt and the magnetic sensor changes as the metal belt travels. For this reason, the output of a magnetic sensor changes according to the spatial expansion of leakage magnetic flux. What happens to the output change of the magnetic sensor on the time axis (what happens as the frequency) needs to take into consideration the traveling speed of the metal band, which is the second factor.
磁気センサの出力変化の時間周波数は、漏洩磁束の広がりを示す空間周波数と金属帯の走行速度との積によって表される。空間周波数に関しては、検出すべき欠陥の性状分布が決まれば確定し、ある範囲に限定することができる。また、金属帯の走行速度は、一定の場合には周波数もある範囲に限定される。しかしながら、生産ラインでは金属帯の走行速度の加減速が頻繁に行われ、場合によっては停止したり、停止の前後で非常に低速になったりする場合もある。このように金属帯の走行速度が大きく変化する場合、漏洩磁束信号の周波数帯域も広い範囲に分布することになる。 The time frequency of the output change of the magnetic sensor is represented by the product of the spatial frequency indicating the spread of the leakage magnetic flux and the traveling speed of the metal band. Regarding the spatial frequency, if the property distribution of the defect to be detected is determined, it can be determined and limited to a certain range. In addition, the traveling speed of the metal band is limited to a range where the frequency is also constant. However, in the production line, the traveling speed of the metal strip is frequently accelerated and decelerated, and depending on circumstances, it may stop or become very slow before and after the stop. In this way, when the traveling speed of the metal band changes greatly, the frequency band of the leakage magnetic flux signal is also distributed over a wide range.
このとき、走行速度が一定又は変動する場合であっても、ノイズ信号の時間周波数帯域と欠陥からの漏洩磁束信号の時間周波数帯域とが離れており、フィルタ等を利用してノイズ信号と漏洩磁束信号とを信号処理で分離できる場合、欠陥の検出能力に悪影響を及ぼさない。しかしながら、ノイズ信号の時間周波数帯域と欠陥からの漏洩磁束信号の時間周波数帯域が近接、若しくは、重なり、ノイズ信号と漏洩磁束信号とを分離できない場合には、欠陥の検出能力に悪影響を及ぼすことになる。これは、直流磁化器と比較して面積的にある程度大きく、漏洩磁束信号のレベルが大きい、検出が比較的容易な大きな欠陥においては問題になりにくいが、面積的に小さく、漏洩磁束信号の出力レベルも小さい検出が困難な小さな欠陥では、特に問題になりやすい。 At this time, even if the traveling speed is constant or fluctuates, the time frequency band of the noise signal is separated from the time frequency band of the leakage magnetic flux signal from the defect, and the noise signal and the leakage magnetic flux are utilized using a filter or the like. When the signal can be separated by signal processing, the defect detection capability is not adversely affected. However, if the time frequency band of the noise signal and the time frequency band of the leakage magnetic flux signal from the defect are close or overlapped, and the noise signal and the leakage magnetic flux signal cannot be separated, the defect detection capability will be adversely affected. Become. This is a relatively large area compared to a DC magnetizer, the level of the leakage flux signal is large, and it is not a problem for large defects that are relatively easy to detect. Small defects that are difficult to detect at low levels are particularly problematic.
以上のことから、ノイズ信号の時間周波数と欠陥からの漏洩磁束信号の時間周波数とが近接、若しくは、重なっている場合であっても、ノイズ信号と漏洩磁束信号とを分離し、漏洩磁束信号を高精度に抽出可能な漏洩磁束探傷方法の提供が期待されている。 From the above, even if the time frequency of the noise signal and the time frequency of the leakage magnetic flux signal from the defect are close or overlapped, the noise signal and the leakage magnetic flux signal are separated, and the leakage magnetic flux signal is It is expected to provide a leakage magnetic flux flaw detection method that can be extracted with high accuracy.
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、漏洩磁束信号を高精度に抽出可能な漏洩磁束探傷方法及び漏洩磁束探傷装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a leakage magnetic flux flaw detection method and a leakage magnetic flux inspection device capable of extracting a leakage magnetic flux signal with high accuracy.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る漏洩磁束探傷方法は、磁化器を利用して強磁性体被検体の表面に沿った方向に磁界をかける磁化ステップと、強磁性体被検体の磁化方向に沿って配列された複数の磁気センサを利用して強磁性体被検体の表面の磁束を検出する検出ステップと、磁気センサによって検出された信号に含まれる浮遊磁界ノイズによる磁気センサの検出信号の変化を、複数の磁気センサの検出信号のパターンを用いて低減する信号処理ステップと、信号処理ステップを実行した後の磁気センサの検出信号を用いて前強磁性体被検体に欠陥があるか否かを判定する判定ステップと、を含む。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a leakage magnetic flux flaw detection method according to the present invention includes a magnetization step of applying a magnetic field in a direction along the surface of a ferromagnetic object using a magnetizer, and a ferromagnetic step. A detection step of detecting magnetic flux on the surface of the ferromagnetic object using a plurality of magnetic sensors arranged along the magnetization direction of the body object, and stray magnetic field noise included in the signal detected by the magnetic sensor A signal processing step for reducing changes in the detection signal of the magnetic sensor using a pattern of detection signals of a plurality of magnetic sensors, and a pre-ferromagnetic object using the detection signal of the magnetic sensor after the signal processing step is executed Determining whether or not there is a defect.
上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る漏洩磁束探傷装置は、強磁性体被検体の表面に沿った方向に磁界をかける磁化器と、強磁性体被検体の磁化方向に沿って配列され、強磁性体被検体の表面の磁束を検出する複数の磁気センサと、磁気センサによって検出された信号に含まれる浮遊磁界ノイズによる磁気センサの検出信号の変化を、複数の磁気センサの検出信号のパターンを用いて低減し、変化が低減された磁気センサの検出信号を用いて強磁性体被検体に欠陥があるか否かを判定する欠陥判定装置と、を備える。 In order to solve the above problems and achieve the object, a leakage magnetic flux flaw detector according to the present invention includes a magnetizer that applies a magnetic field in a direction along the surface of a ferromagnetic object, and a magnetization direction of the ferromagnetic object. And a plurality of magnetic sensors for detecting the magnetic flux on the surface of the ferromagnetic object, and a change in the detection signal of the magnetic sensor due to stray magnetic field noise included in the signal detected by the magnetic sensor, A defect determination device that determines whether or not the ferromagnetic object has a defect using the detection signal of the magnetic sensor that has been reduced using the detection signal pattern of the sensor and the change has been reduced.
本発明に係る漏洩磁束探傷方法及び漏洩磁束探傷装置によれば、ノイズ信号の空間周波数と漏洩磁束信号の空間周波数との違いに基づいてノイズ信号と漏洩磁束信号とを分離するので、漏洩磁束信号を高精度に抽出することができる。 According to the leakage magnetic flux flaw detection method and the leakage magnetic flux flaw detection device according to the present invention, the noise signal and the leakage magnetic flux signal are separated based on the difference between the spatial frequency of the noise signal and the spatial frequency of the leakage magnetic flux signal. Can be extracted with high accuracy.
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である漏洩磁束探傷装置の構成について説明する。 Hereinafter, with reference to the drawings, a configuration of a leakage magnetic flux flaw detector as an embodiment of the present invention will be described.
〔漏洩磁束探傷装置の構成〕
初めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である漏洩磁束探傷装置の構成について説明する。
[Configuration of Leakage Magnetic Flaw Detector]
First, with reference to FIG. 1, the structure of the leakage magnetic flux flaw detector which is one Embodiment of this invention is demonstrated.
図１は、本発明の一実施形態である漏洩磁束探傷装置の構成を示す模式図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である漏洩磁束探傷装置１は、矢印Ｄ方向に走行する鋼板２の表面や表層に存在する欠陥３を検出するものである。なお、本実施形態では、欠陥の有無を検査する被検体を鋼板２としたが、被検体は鋼板２に限定されることはなく、磁界をかけることによって欠陥部位から漏洩磁束が生じる強磁性体材料全般に適用することができる。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a leakage magnetic flux flaw detector according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a leakage magnetic flux flaw detector 1 according to an embodiment of the present invention detects a defect 3 present on the surface or surface of a steel plate 2 traveling in the direction of arrow D. In the present embodiment, the object to be inspected for defects is the steel plate 2, but the object is not limited to the steel plate 2, and a ferromagnetic material in which leakage magnetic flux is generated from the defective part by applying a magnetic field. Applicable to all materials.
図１に示す漏洩磁束探傷装置１は、鋼板２の幅方向Ｗに配列された直流磁化器１０ａ〜１０ｃと、直流磁化器１０ａ〜１０ｃ毎に設けられた３つの磁気センサ１１ａ〜１１ｃ，１１ｄ〜１１ｆ，１１ｇ〜１１ｉと、欠陥判定装置１２とを備える。各直流磁化器と３つの磁気センサは検出ヘッドを構成する。なお、検出ヘッド及び検出ヘッドを構成する磁気センサの数は本実施形態に限定されることはなく、欠陥の検出範囲や検出分解能に応じて適宜変更することができる。
A leakage flux testing apparatus 1 shown in FIG. 1 includes
直流磁化器１０ａ〜１０ｃは、鋼板２の幅方向Ｗにおける欠陥３の検出範囲が、検査できない範囲がなく、且つ、重なるように鋼板２の幅方向Ｗに入れ子状に配列されている。直流磁化器１０ａ〜１０ｃは、図示しない磁化電源からの直流電源が供給されることによって磁化され、両ヨーク間に発生された磁束が鋼板２を通るようになる。本実施形態では、直流磁化器１０ａ〜１０ｃは、鋼板２の幅方向Ｗに磁束が流れるように配列されている。 The DC magnetizers 10 a to 10 c are arranged in a nested manner in the width direction W of the steel plate 2 so that the detection range of the defect 3 in the width direction W of the steel plate 2 has no range that cannot be inspected and overlaps. The DC magnetizers 10 a to 10 c are magnetized when a DC power supply from a magnetization power supply (not shown) is supplied, and a magnetic flux generated between both yokes passes through the steel plate 2. In the present embodiment, the DC magnetizers 10 a to 10 c are arranged so that a magnetic flux flows in the width direction W of the steel plate 2.
磁気センサ１１ａ〜１１ｃ，１１ｄ〜１１ｆ，１１ｇ〜１１ｉは、対応する直流磁化器のヨーク間に鋼板２の幅方向Ｗに沿って配列されている。各磁気センサは、対応する直流磁化器が発生した磁界を検出し、検出された磁界の大きさを示す出力信号を欠陥判定装置１２に入力する。直流磁化器のヨーク間に磁化方向に沿って複数のセンサを配置する理由は、１つの直流磁化器でヨーク間距離をある程度広くすることによって有効な磁化範囲をある程度確保し、ある幅方向の磁界を検出するためである。微小な欠陥を検出するためには、欠陥からの磁束の広がりは小さいために、磁気センサは欠陥からの磁束の広がりに応じて幅方向に密に配置する必要がある。
The
欠陥３からの磁束の広がりの程度は、欠陥によって異なるが、例えば鋼板２上における欠陥３の大きさが２ｍｍ程度で、磁気センサと鋼板との間の距離が１．５ｍｍ、漏洩磁束の広がりの程度が最小値として数ｍｍであるとすると、１ｍｍピッチで磁気センサを５０個並べ、その範囲がある程度磁化できるようにヨーク間距離は７０ｍｍの直流磁化器を用いるとよい。この場合、浮遊磁界の幅方向Ｗの空間的基本周波数は７０ｍｍ前後になるのに対して、欠陥の幅方向Ｗの空間的基本周波数は数ｍｍオーダーになる。このため、浮遊磁界に由来するノイズ信号の空間周波数と漏洩磁束信号の空間周波数との間には大きな差異が存在することになり、浮遊磁界に由来するノイズ信号と漏洩磁束信号とを信号処理で分離することが可能になる。 The extent of spreading of the magnetic flux from the defect 3 varies depending on the defect. For example, the size of the defect 3 on the steel plate 2 is about 2 mm, the distance between the magnetic sensor and the steel plate is 1.5 mm, and the leakage flux spreads. If the degree is several mm as the minimum value, it is preferable to use a DC magnetizer with a yoke distance of 70 mm so that 50 magnetic sensors are arranged at a pitch of 1 mm and the range can be magnetized to some extent. In this case, the spatial fundamental frequency in the width direction W of the stray magnetic field is around 70 mm, whereas the spatial fundamental frequency in the width direction W of the defect is on the order of several mm. For this reason, there is a large difference between the spatial frequency of the noise signal derived from the stray magnetic field and the spatial frequency of the leakage magnetic flux signal. It becomes possible to separate.
なお、複数のセンサは、１直線上に、あるいは等間隔で配列する必要は必ずしも無く、複数のセンサの並べ方は本発明の技術思想を損なわない範囲で適宜変更することができる。例えば、上記の例のように１ｍｍピッチで複数のセンサを配列する場合には、センサ自体のパッケージを含めた大きさから１列に配列することは困難になるため、例えば複数のセンサを千鳥配置で配列するとよい。 The plurality of sensors do not necessarily need to be arranged on a straight line or at equal intervals, and the arrangement of the plurality of sensors can be changed as appropriate without departing from the technical idea of the present invention. For example, when a plurality of sensors are arranged at a pitch of 1 mm as in the above example, it is difficult to arrange the sensors in a line from the size including the package of the sensor itself. It is good to arrange with.
欠陥判定装置１２は、マイクロコンピュータ等の情報処理装置によって構成されている。欠陥判定装置１２は、主な機能として、各磁気センサから入力された出力信号を増幅、時間的なフィルタリング、及びアナログ／デジタル変換する機能、アナログ／デジタル変換された出力信号から直流成分を除去するフィルタリング機能、及び直流成分が除去された出力信号に基づいて鋼板２上における欠陥の有無を検出する欠陥判定機能を有する。 The defect determination device 12 is configured by an information processing device such as a microcomputer. The defect determination device 12 has, as main functions, a function of amplifying, temporal filtering, and analog / digital conversion of an output signal input from each magnetic sensor, and removing a direct current component from the analog / digital converted output signal. It has a filtering function and a defect determination function for detecting the presence or absence of defects on the steel sheet 2 based on the output signal from which the DC component has been removed.
このような漏洩磁束探傷装置１では、欠陥判定装置１２が以下に示す欠陥判定処理を実行することによって、鋼板２の表面又は表層に欠陥３があるか否かを判定する。以下、図２に示すフローチャートを参照して、この欠陥判定処理を実行する際の欠陥判定装置１２の動作について説明する。 In such a leakage magnetic flux flaw detector 1, the defect determination device 12 determines whether or not there is a defect 3 on the surface or surface layer of the steel plate 2 by executing the following defect determination processing. Hereinafter, with reference to the flowchart shown in FIG. 2, the operation of the defect determination device 12 when executing this defect determination processing will be described.
〔欠陥判定処理〕
図２に示すフローチャートは、漏洩磁束探傷装置１の電源がオフ状態からオン状態に切り替えられ、鋼板２の走行が開始されたタイミングで開始となり、欠陥判定処理はステップＳ１の処理に進む。なお、この欠陥判定処理は、鋼板２が走行している間、所定のサンプリング周期毎に繰り返し実行されるものとする。
[Defect determination processing]
The flowchart shown in FIG. 2 starts at the timing when the power supply of the magnetic flux flaw detector 1 is switched from the off state to the on state and the steel plate 2 starts to travel, and the defect determination process proceeds to the process of step S1. Note that this defect determination process is repeatedly executed at every predetermined sampling period while the steel plate 2 is traveling.
ステップＳ１の処理では、欠陥判定装置１２が、各磁気センサからの出力信号を取得し、取得した出力信号を増幅、アナログ／デジタル変換する。なお、幅方向磁化の場合、幅方向における磁気センサに位置に応じて欠陥検出の感度が異なることがある。この場合、欠陥判定装置１２は、磁気センサの感度分布はある程度均一化することが望ましい。これにより、ステップＳ１の処理は完了し、欠陥判定処理はステップＳ２の処理に進む。 In the process of step S1, the defect determination device 12 acquires an output signal from each magnetic sensor, amplifies the acquired output signal, and performs analog / digital conversion. In the case of magnetization in the width direction, the sensitivity of defect detection may vary depending on the position of the magnetic sensor in the width direction. In this case, it is desirable for the defect determination device 12 to make the sensitivity distribution of the magnetic sensor uniform to some extent. Thereby, the process of step S1 is completed and the defect determination process proceeds to the process of step S2.
ステップＳ２の処理では、欠陥判定装置１２が、ステップＳ１の処理によってアナログ／デジタル変換された出力信号から直流成分を除去する。この処理によって例えば図３や図４に示す出力信号波形Ｖ０から得られる。なお、図３に示す出力信号波形Ｖ０は、ある時刻ｔ＝ｔ１において検出されたものであり、図４に示す出力信号波形Ｖ０は、時刻ｔ＝ｔ１とは異なる時刻ｔ＝ｔ２において検出されたものである。図３及び図４に示す出力信号波形Ｖ０の比較から明らかなように、出力信号波形Ｖ０は時刻ｔ＝ｔ１と時刻ｔ＝ｔ２とで上下方向に反転している。これは、鋼板２，直流磁化器，及び磁気センサの３者のうち、少なくとも２者の相対位置が変化することによって、磁気センサによって検出される浮遊磁界が振動的に変化しているためである。なお、図３や図４に示す出力信号波形Ｖ０における点は、各磁気センサからの出力信号の値を示す。図１では磁気センサの数は各検出ヘッドあたり３個であるが、図３や図４に示す出力信号波形はより多くの磁気センサによって得られたものである。これにより、ステップＳ２の処理は完了し、欠陥判定処理はステップＳ３の処理に進む。 In the process of step S2, the defect determination device 12 removes the DC component from the output signal that has been analog / digital converted by the process of step S1. By this processing, for example, it is obtained from the output signal waveform V0 shown in FIGS. The output signal waveform V0 shown in FIG. 3 is detected at a certain time t = t1, and the output signal waveform V0 shown in FIG. 4 is detected at a time t = t2 different from the time t = t1. Is. As is apparent from the comparison of the output signal waveform V0 shown in FIGS. 3 and 4, the output signal waveform V0 is inverted in the vertical direction at time t = t1 and time t = t2. This is because the stray magnetic field detected by the magnetic sensor is oscillatingly changed by changing the relative positions of at least two of the steel plate 2, the DC magnetizer, and the magnetic sensor. . Note that the points in the output signal waveform V0 shown in FIGS. 3 and 4 indicate the values of the output signals from the magnetic sensors. In FIG. 1, the number of magnetic sensors is three for each detection head, but the output signal waveforms shown in FIGS. 3 and 4 are obtained by more magnetic sensors. Thereby, the process of step S2 is completed, and the defect determination process proceeds to the process of step S3.
ステップＳ３の処理では、欠陥判定装置１２が、ステップＳ２の処理によって直流成分が除去された出力信号波形を近似するフィッティングカーブをフィッティング処理（ローパスフィルタリング処理）によって演算する。この処理によって例えば図３や図４に示す出力信号波形Ｖ０に対してはフィッティングカーブＶ１が得られる。このフィッティングカーブＶ１は、浮遊磁界ノイズ成分を近似的に表すものである。つまり、この処理によって浮遊磁界ノイズ成分を選択的に取り出すことができる。なお、ローパスフィルタリング処理のカットオフ波長は、微小な欠陥を検出する場合には、３〜１０ｍｍ程度にすることが望ましい。また、本実施形態では、全ての磁気センサからの出力信号に基づいてフィッティングカーブＶ１を演算したが、演算に用いる出力信号を間引きする等して一部の磁気センサからの出力信号に基づいてフィッティングカーブＶ１を演算してもよい。 In the process of step S3, the defect determination device 12 calculates a fitting curve that approximates the output signal waveform from which the DC component has been removed by the process of step S2 by a fitting process (low-pass filtering process). By this process, for example, a fitting curve V1 is obtained for the output signal waveform V0 shown in FIGS. The fitting curve V1 approximately represents a stray magnetic field noise component. That is, the stray magnetic field noise component can be selectively extracted by this process. The cut-off wavelength of the low-pass filtering process is desirably about 3 to 10 mm when detecting a minute defect. In this embodiment, the fitting curve V1 is calculated based on the output signals from all the magnetic sensors. However, the fitting curve V1 is calculated based on the output signals from some of the magnetic sensors by thinning out the output signals used for the calculation. The curve V1 may be calculated.
また、直流磁化器が発生する磁界が変化する場合やリフトオフが並進的に変化する（鋼板２面に対してねじれ等が生じない）場合はよく生じうるパターンだが、その場合、浮遊磁界ノイズの幅方向パターンは、図３や図４に示すように、直流磁化器のヨーク間の中心位置Ｗ＝Ｗ１を中心とした奇関数になる。従って、上述の場合には、フィッティング処理を実行する際に、フィッティングカーブを奇関数に設定することによって高精度なフィッティング処理を実行することができる。これにより、ステップＳ３の処理は完了し、欠陥判定処理はステップＳ４の処理に進む。 Also, this pattern can often occur when the magnetic field generated by the DC magnetizer changes or when the lift-off changes in translation (no twisting or the like with respect to the surface of the steel plate 2). As shown in FIGS. 3 and 4, the direction pattern is an odd function centered on the center position W = W1 between the yokes of the DC magnetizer. Therefore, in the above-described case, when performing the fitting process, the fitting process can be performed with high accuracy by setting the fitting curve to an odd function. Thereby, the process of step S3 is completed, and the defect determination process proceeds to the process of step S4.
ステップＳ４の処理では、欠陥判定装置１２が、ステップＳ２の処理によって生成された出力信号波形Ｖ０とステップＳ３の処理によって演算されたフィッティングカーブＶ１との差分を演算することによって、ステップＳ２の処理によって生成された出力信号波形Ｖ０から浮遊磁界ノイズに起因するノイズ信号を除去する。この処理によって例えば図５に示すような出力信号波形Ｖ０’が得られる。図５に示す出力信号波形Ｖ０’の変化は、主に電子回路系で発生する電子ノイズや鋼板２の磁性等のむらから生じる地合ノイズによって生じるものである。これにより、ステップＳ４の処理は完了し、欠陥判定処理はステップＳ５の処理に進む。 In the process of step S4, the defect determination device 12 calculates the difference between the output signal waveform V0 generated by the process of step S2 and the fitting curve V1 calculated by the process of step S3, thereby performing the process of step S2. A noise signal caused by stray magnetic field noise is removed from the generated output signal waveform V0. By this processing, for example, an output signal waveform V0 'as shown in FIG. 5 is obtained. The change in the output signal waveform V 0 ′ shown in FIG. 5 is mainly caused by electronic noise generated in the electronic circuit system and ground noise caused by unevenness of the magnetic properties of the steel plate 2. Thereby, the process of step S4 is completed, and the defect determination process proceeds to the process of step S5.
ステップＳ５の処理では、欠陥判定装置１２が、ステップＳ４の処理によって得られた出力信号波形Ｖ０’に基づいて鋼板２中における欠陥の有無を判定する。具体的には、欠陥判定装置１２は、図５に示す出力信号波形Ｖ０’を構成する点のうち、出力値が所定の閾値Ｖｔｈ以上になる点があるか否かを判定する。判定の結果、出力値が所定の閾値Ｖｔｈ以上になる点がない場合、欠陥判定装置１２は、欠陥は存在しないと判定する。一方、図５に示す点Ｐ１のように出力値が所定の閾値Ｖｔｈ以上になる点がある場合、欠陥判定装置１２は、点Ｐ１の出力値を出力した磁気センサに対応する鋼板２の位置に欠陥があると判定する。これにより、ステップＳ５の処理は完了し、一連の欠陥判定処理は終了する。 In the process of step S5, the defect determination device 12 determines the presence or absence of a defect in the steel sheet 2 based on the output signal waveform V0 ′ obtained by the process of step S4. Specifically, the defect determination device 12 determines whether or not there is a point where the output value is equal to or greater than a predetermined threshold Vth among the points constituting the output signal waveform V0 ′ shown in FIG. As a result of the determination, if there is no point at which the output value is equal to or greater than the predetermined threshold value Vth, the defect determination device 12 determines that there is no defect. On the other hand, when there is a point where the output value is equal to or greater than the predetermined threshold Vth as in the point P1 shown in FIG. 5, the defect determination device 12 is positioned at the position of the steel plate 2 corresponding to the magnetic sensor that has output the output value of the point P1. Judge that there is a defect. Thereby, the process of step S5 is completed and a series of defect determination processes are complete | finished.
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である欠陥判定処理は、直流磁化器１０ａ〜１０ｃを利用して鋼板２の表面に沿った方向に磁界をかける磁化ステップと、鋼板２の磁化方向に沿って配列された複数の磁気センサ１１ａ〜１１ｃ，１１ｄ〜１１ｆ，１１ｇ〜１１ｉを利用して鋼板２の表面の磁束を検出する検出ステップと、直流磁化器１０ａ〜１０ｃ、鋼板２、及び複数の磁気センサ１１ａ〜１１ｃ，１１ｄ〜１１ｆ，１１ｇ〜１１ｉのうちの少なくとも２つの相対位置が変化することによって生じる複数の磁気センサ１１ａ〜１１ｃ，１１ｄ〜１１ｆ，１１ｇ〜１１ｉからの出力信号波形Ｖ０の変化を出力信号波形Ｖ０から得られるフィッティングカーブＶ１を用いて低減する信号処理ステップと、信号処理ステップを実行した後出力信号波形Ｖ０’を用いて鋼板２に欠陥３があるか否かを判定する判定ステップと、を含む。このような欠陥判定処理によれば、ノイズ信号の空間周波数と漏洩磁束信号の空間周波数との違いに基づいてノイズ信号と漏洩磁束信号とを分離するので、漏洩磁束信号を高精度に抽出することができる。
As is apparent from the above description, the defect determination process according to an embodiment of the present invention includes a magnetization step of applying a magnetic field in the direction along the surface of the steel plate 2 using the
以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。例えば、上記のステップＳ３及びステップＳ４の処理は、出力信号のサンプリングタイミング毎に実行してもよいし、ノイズの周波数がサンプリング周波数より低い場合には、サンプリングタイミング毎に実行しなくてもよい。この場合、ある時間範囲内に取得された出力信号の平均値に対しステップＳ３の処理を実行するようにしてもよいし、ある時間範囲内に取得された出力信号の平均値とあるタイミングで得られたフィッティングカーブとの差分を演算するようにしてもよい。また、欠陥が大きい等の理由によって欠陥からの漏洩磁束が幅方向に広がることも考えられるが、このような場合、欠陥信号レベルが大きいので、フィッティング処理せずに出力信号波形から欠陥の有無を判断するようにしてもよい。このように、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。 Although the embodiment to which the invention made by the present inventor is applied has been described above, the present invention is not limited by the description and the drawings that form a part of the disclosure of the present invention according to this embodiment. For example, the processes in steps S3 and S4 may be executed at every sampling timing of the output signal, or may not be executed at every sampling timing when the noise frequency is lower than the sampling frequency. In this case, the process of step S3 may be executed on the average value of the output signal acquired within a certain time range, or the average value of the output signal acquired within a certain time range may be obtained at a certain timing. You may make it calculate the difference with the obtained fitting curve. In addition, the leakage magnetic flux from the defect may spread in the width direction due to reasons such as a large defect, but in such a case, since the defect signal level is large, the presence / absence of the defect can be determined from the output signal waveform without performing the fitting process. You may make it judge. As described above, other embodiments, examples, operation techniques, and the like made by those skilled in the art based on the present embodiment are all included in the scope of the present invention.
１ 漏洩磁束探傷装置
２ 鋼板
３ 欠陥
１０ａ〜１０ｃ 直流磁化器
１１ａ〜１１ｉ 磁気センサ
１２ 欠陥判定装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Leakage magnetic flux flaw detector 2 Steel plate 3
Claims (5)
前記強磁性体被検体の磁化方向に沿って配列された複数の磁気センサを利用して該強磁性体被検体の表面の磁束を検出する検出ステップと、
前記磁気センサによって検出された信号に含まれる浮遊磁界ノイズによる該磁気センサの検出信号の変化を、前記複数の磁気センサの検出信号のパターンを用いて低減する信号処理ステップと、
前記信号処理ステップを実行した後の前記磁気センサの検出信号を用いて前記強磁性体被検体に欠陥があるか否かを判定する判定ステップと、を含み、
前記信号処理ステップは、
フィッティング処理によって前記複数の磁気センサの検出信号の一部又は全部のパターンを通る曲線を演算する演算処理と、
前記複数の磁気センサの検出信号のパターンと前記演算処理によって演算された曲線との差分を演算することによって前記変化を低減する差分処理と、
を含むことを特徴とする漏洩磁束探傷方法。 A magnetization step that applies a magnetic field in a direction along the surface of the ferromagnetic object using a magnetizer;
Detecting a magnetic flux on the surface of the ferromagnetic object using a plurality of magnetic sensors arranged along the magnetization direction of the ferromagnetic object; and
A signal processing step of reducing a change in the detection signal of the magnetic sensor due to stray magnetic field noise included in the signal detected by the magnetic sensor using a pattern of detection signals of the plurality of magnetic sensors;
Determining whether the ferromagnetic object is defective using a detection signal of the magnetic sensor after performing the signal processing step , and
The signal processing step includes
An arithmetic process for calculating a curve passing through a part or all of the detection signals of the plurality of magnetic sensors by a fitting process;
Difference processing for reducing the change by calculating a difference between a pattern of detection signals of the plurality of magnetic sensors and a curve calculated by the calculation processing;
A leakage magnetic flux flaw detection method comprising:
前記強磁性体被検体の磁化方向に沿って配列され、該強磁性体被検体の表面の磁束を検出する複数の磁気センサと、
前記磁気センサによって検出された信号に含まれる浮遊磁界ノイズによる該磁気センサの検出信号の変化を、前記複数の磁気センサの検出信号のパターンを用いて低減し、該変化が低減された該磁気センサの検出信号を用いて該強磁性体被検体に欠陥があるか否かを判定する欠陥判定装置と、を備え、
前記欠陥判定装置は、フィッティング処理によって前記複数の磁気センサの検出信号の一部又は全部のパターンを通る曲線を演算し、前記複数の磁気センサの検出信号のパターンと演算された曲線との差分を演算することによって前記変化を低減することを特徴とする漏洩磁束探傷装置。 A magnetizer that applies a magnetic field in a direction along the surface of the ferromagnetic object;
A plurality of magnetic sensors arranged along the magnetization direction of the ferromagnetic object and detecting the magnetic flux on the surface of the ferromagnetic object;
The change of the detection signal of the magnetic sensor due to stray magnetic field noise included in the signal detected by the magnetic sensor is reduced using the detection signal pattern of the plurality of magnetic sensors, and the change is reduced. and a defect determination unit determines whether there is a defect in the ferromagnetic material subject using the detection signal,
The defect determination apparatus calculates a curve passing through a part or all of the detection signals of the plurality of magnetic sensors by a fitting process, and calculates a difference between the detection signal pattern of the plurality of magnetic sensors and the calculated curve. Leakage magnetic flux flaw detector characterized by reducing said change by calculating .
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